曲轴搬运机械手控制系统设计说明书内容

1、机械工学院毕业设计: f 克服液压缸密封件摩擦阻力所需空载压力（Pa），如该液压缸选O形密封圈，设液压缸工作压力p16MPa，由相关设计手册查得pf 0.3MPa，取pf =0.2MPa； A1进油工作有效面积（m2），此时属未定数值，初估计为120cm2 。 Fsf =0.21060.012=2400N Ff 的计算: 该手臂材料选用铸铁，结构受力。摩擦力为： Ff = （4.15） 式中: G移动总重量，6000N; FZ 切削力在导轨垂直方向的分力，FZ =N=20000N; f 摩擦因数，取f=0.1； V形导轨夹角，=90各值代入上式： Ff = =2600N Fb =pb A2 式

2、中： pb回油背压，一般为0.3MPa0.5MPa，取pb =0.3MPa； A2有杆腔活塞面积，考虑两边差动比为2，已初估计A1 =120cm2 故A2 =70cm2 。各值代入上式： Fb =pb A2 =0.30.004=2100N分析液压缸各工作阶段受力情况，得知在工进阶段受力最大，作用在活塞上的总机械载荷为： F=Fw+Fm+Fsf+Ff+Fb+F手腕=6000+420+2400+2600+2100+4800=18320N确定液压缸的结构尺寸和工作压力表4.2 载荷与工作压力的关系载荷/KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455根据经验和计算结果取P2 =2MPa液压

3、缸工作腔有效面积 A1 =0.00916(m2)=91.6cm2 D=11.6(cm)=116mm活塞直径： D116mm 查表圆整为160mm d圆整为110mm手臂伸缩机构采用的双作用活塞缸，由上面已知公式算出。同理，经过计算可得夹紧液压缸的液压缸内径160，活塞杆直径101.5。按照GB/T2348-1993标准，圆整其值为160，活塞杆直径100。根据以上原则并联系实际工况取手臂伸缩液压缸缸筒长度2000，壁厚36。4.4手臂俯仰机构结构尺寸的确定手臂俯仰机构采用的双作用活塞缸，由上面公式算出液压缸内径D及活塞杆d。同理，经过计算可得夹紧液压缸的液压缸内径101，活塞杆直径70.7。按

4、照GB/T2348-1993标准，圆整其值为100，活塞杆直径70。根据以上原则并联系实际工况取手臂俯仰液压缸缸筒长度630，壁厚28。4.5手腕摆动机构的确定手腕摆动选用的叶片式摆动液压缸，由上面已知其载荷力矩的大小。摆动液压缸的排量为： （4.16） 式中： T液压马达的载荷转矩（N）； 液压马达的进出口压（Pa）,已知为0.8MPa。计算可得： /r根据实际工况取设计中选取YMD30叶片摆动液压缸。4.6 机身摆动机构的确定机身摆动选用的叶片式摆动液压缸，由上面已知其载荷力矩的大小。摆动液压缸的排量为 /r根据实际工况设计中选取YMD300的叶片摆动液压缸。4.7强度校核活塞杆在稳定工况

5、下，如果只受轴向的推力和拉力，可以近似地用直杆承受拉压负载的简单强度计算公式进行计算： （4.17）式中： 活塞杆的作用力，单位N； 活塞杆直径，单位m； 材料的许用应力，查机械设计手册为600MPa。下面各液压缸的活塞杆校核如下: MPaMPa MPa故，所以满足强度要求。4.8 弯曲稳定性校核活塞杆受轴向压力作用时，有可能产生弯曲，当此轴向力达到临界值Fk时，会出现压杆不稳定现象学，临界值的大小与活塞杆长和直径，以及缸的安装方式等有关。只有当活塞杆的计算长度10时，才进行活塞杆的纵向稳定性计算。所以只需校核手臂伸缩液压缸，其计算按材料力学的有关公式进行。使缸保持稳定性的条件为： （4.18

6、） N MPa （4.19） m4 （4.20）式中： F缸承受的轴向压力（N）； nk安全系数，一般取3.56； K液压缸安装及导向系数，见机械设计手表20-6-17。 FK活塞杆弯曲失稳的临界压力（N），可由下式计算： L液压缸支承长度（m）； I活塞杆横截面惯性矩（m4），可由下式计算： E实际弹性模数，可由下式计算： E材料的弹性模数（MPa），钢材； a材料组织缺陷系数，钢材一般取a； b活塞杆截面不均匀系数，一般取b； d活塞杆直径（m）。计算可得：4.9所以弯曲强度满足要求。4.9 本章小结 本章主要介绍机械手手指夹紧内部液压缸的计算设计，手臂伸缩缸的设计计算、手臂俯仰缸的设计计

7、算。手指摆动机构的的设计、手臂摆动机构的设计、以及各项设计计算的校核。根据计算出来的结构绘制机械手各部分的图，本章对机械手图形设计很重要，很多图形都是根据本章设计的数据制作的。第5章 液压系统的设计5.1 液压缸或液压马达所需流量的确定5.1.1 液压缸工作时所需流量 （5.1）式中： 液压缸有效作用面积（m2）； 活塞与缸体的相对速度（）。1.无杆活塞杆有效作用面积： （5.2）式中: 油缸内径（）。2.有杆活塞杆有效作用面积： （5.3）式中: 活塞杆直径（）。经过计算可得各活塞的有效面积如下表5.1所示：表5.1 各活塞的有效面积 有效面积液压缸(mm2)(mm)手臂俯仰油缸785040

8、03.5手臂伸缩油缸2009612246手指夹紧油缸78504003.5经过计算可得各液压缸流量下表5.2所示：5.2 液压马达工作时的流量查表得YMD30摆角90，流量（内泄漏量）为300；YMD300摆角270，流量（内泄漏量）为470。知道流量后，根据流量选择泵提供多大的工作压力，选择额定的工作压力后，系统才能正常工作。实现机械手各个部分的工作，5个部分的流量都计算出来，然后通过液压阀进行控制，满足每个缸所需要的流量。这样保证系统的正常工作。手腕能回转90，机身通过液压缸的控制能回转270，这样都能满足机械手的设计要求。表5.2 各液压缸流量工 况执行元件运动速度m/s结构参数(m2)流

9、量 (L/s)计算公式手指夹紧夹紧缸0.035=0.00790.28手指松开0.070=0.0040手臂前伸伸缩缸0.042=0.02010.85手臂缩回0.070=0.0122手臂上升俯仰缸0.035=0.00790.28手臂下降0.07=0.00405.3 液压缸或液压马达主要零件的结构材料及技术要求5.3.1 缸体液压缸缸体的常用材料有20、35、45号无缝钢管。因20号钢的力学性能略低，且不能调质，应用较少。当缸筒与缸底、缸头、管接头或耳轴等件需焊接时，则应采用焊接性能比较好的35钢，初加工后调质。一般情况下，均采用45钢，并调质到241285HB。缸体毛坯也可采用锻钢、铸钢或铸铁件。

10、铸铁可采用ZG35B等材料，铸铁可采用HT200HT350间几个牌号或球墨铸铁。特殊情况下，可采用铝合金等材料。设计中缸体材料选用45号钢，并应调质到241285HB。缸体内径采用H8配合。活塞采用橡胶密封圈密封，该密封结构结构简单，密封可靠，摩擦阻力小，但是要求缸孔内臂十分光滑，故取缸体内表面的粗糙度为Ra=0.10.4um。缸体内径的圆度公差按8级精度选取，圆柱度公差按8级精度选取。缸体端面的垂直度公差按7级精度选取。带有耳环的缸体，而空孔径的中心线对缸体内孔轴线的垂直度公差按9级精度选取。为了防止腐蚀和提高寿命，缸体内表面镀以厚度为3040的铬层，镀后进行珩磨或抛光。它们的安装支承方式通

11、常有台肩支承和缸底支承两种，这里均采用法兰连接缸底支承。5.3.2 缸盖液压缸的缸盖可选用35、45号锻钢或ZG35、ZG45铸钢或HT200、HT300、HT350铸铁等材料。当缸盖本身又是活塞杆的导向套时，缸盖最好选用铸铁。同时，应在导向表面上熔堆黄铜、青铜或其他耐磨材料。如果采用在缸盖中压入导向套的结构时，导向套材料则应为耐磨铸铁、青铜或黄铜等。设计中缸盖本身又是活塞杆的导向套，故缸盖材料选用45号钢。同时，在导向表面上熔堆黄铜、青铜或其它耐磨材料。缸盖直径和活塞杆缓冲孔的圆柱度公差按9级精度选取，同轴度公差值为0.03mm。端面与直径轴心线的垂直度公差值按7级精度选取，导向孔的表面粗糙

12、度为Ra=1.25m5.3.3 活塞活塞缸活塞常用的材料为耐磨铸铁、灰铸铁（HT300、HT350）、钢（有的在外径上套有尼龙66、尼龙1010或夹布酚醛塑料的耐磨环）及铝合金。设计中活塞的材料选用HT350，活塞与活塞杆采用螺纹连接。活塞外径对内孔的径向跳动公差按7级精度选取，端面对内孔轴线的垂直度公差也按7级精度选取。外径的圆柱度公差值按9级精度选取。5.3.4 活塞杆活塞杆选用外螺纹结构、实心杆，材料选用45号钢，粗加工后调质到硬度为229285HB，必要时再经高频淬火，硬度可达HRC4555。活塞杆各外径的圆度公差按9级精度选取，d的圆柱度公差按8 级精度选取，活塞杆两端的径向跳动公差

13、为0.01mm，活塞杆端的垂直度公差按7级精度选取，活塞杆上的螺纹按6级精度加工，活塞杆上工作表面的粗糙度为Ra=0.63m，必要时镀厚度为0.05mm的铬，然后抛光。5.3.5 液压缸的缓冲装置缓冲装置是为了防止或减小液压缸活塞在运动到两个端点时因惯性力造成的冲撞。液压缸的活塞杆具有一定的质量，在液压力的驱动下运动时具有很大的动量，在它们的行程终端，当杆头进入液压缸的端盖和缸底部分时，会引起机械碰撞，产生很大的冲击压力和噪声。因此就有必要采用缓冲装置，以避免这种机械碰撞使缸体损坏，但冲击压力仍然存在，大约是额定工作压力的两倍，这就必然会严重影响液压缸和整个液压系统的强度和正常工作，缓冲装置可

14、以防止和减少液压缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底或端盖的冲击，在它们的行程终端能实现速度的递减，直至为零。通常是通过节流作用，使液压缸运动到端点附近时形成足够的内压，降低液压缸的运动速度，以减小冲击。其工作原理是使缸筒低压腔内油液全部或部分通过节流把动能转化为热能，热能则由循环的油液带到液压缸外。本设计中采用的缓冲装置是可变节流槽式的缓冲装置。这种缓冲装置是在缓冲柱塞上开由浅到深的三角节流沟槽，节流面积随着缓冲行程的增大而逐渐减少，缓冲压力变化平缓。5.3.6 液压缸的排气装置为使液压缸运动稳定，在新装上液压缸之后，必须将缸内的空气排出。排气的方法之一是使液压缸反复运动，直到运动平稳。但

15、更可靠的方法是在液压缸上设置排气塞（排气阀），排气塞的位置一般放置在液压缸的端部，双作用液压缸则应设置两个排气塞。如果排气阀设置不当或者没有设置，压力油进入液压缸后，缸内仍会存在空气，由于空气具有压缩性和滞后扩张性，会造成液压缸和整个液压系统在工作中的振动和爬行，影响液压缸的正常工作。为了避免这种现象，除了防止空气进入液压系统外，必须在液压缸上安设排气阀，因为液压缸是液压系统的最后执行元件，会直接反映出残留空气的危害。对于速度要求较高的液压缸和大型液压缸需要专门设置排气装置，如排气塞、排气阀等。对于要求不是很高的液压缸，往往不需要设计专门的排气装置，而是将油口布置在缸筒的最高处，这样也能使空气

16、随着油液排往油箱，再从油箱逸出。本设计采用后者。5.4 制定基本方案设计合理的液压系统才能确保全面、可靠地实现设计任务书中规定的各项技术指标，通常做法是先选定系统类型，分别选择各项要求的基本回路，最后再将各基本回路组合成完整的液压系统。由于影响液压系统方案的因素很多，设计中仍主要靠经验来完成。5.4.1 基本回路的选择1）压力源回路：压力源回路又称动力源回路，其功能是向液压系统提供满足执行机构需要的压力和流量。压力源回路是由油箱、油箱附件、液压泵、电动机（发动机）、安全阀、过滤器、单向阀等组成。设计中采用高低压双联泵液压源回路。2）压力控制回路：压力控制回路是以控制系统及各支路压力，使之完成特

17、定功能的回路。压力控制回路的种类很多，在一个工作循环的某一段时间内各支路均不需要新提供的液压能时，考虑采用卸荷回路；当某支路需要稳定的低于动力油源的压力时，应考虑减压回路；当载荷变化较大时，应考虑多级压力控制回路；当有惯性较大的运动部件时容易产生冲击时，应考虑缓冲或制动回路；在有升降运动部件的液压系统中应考虑平衡回路等。本设计中采用通常将调压、限压回路与油源回路合并考虑。3）速度控制回路：液压系统原理图的核心是调速回路，调速方案和调速回路对其它回路的选择具有决定性的影响。本系统是功率较小的，故选用简单的进油路节流阀调速。同样的道路选用单泵供油，力求较好的经济性。在机械手的升降缸采用单伸出杆时，

18、为了使往复运动速度一致时要采用两个单向节流阀来实现。若只用一个节流阀调速时，则应将节流阀放到换向阀下面，并按有杆腔进油达到最大允许速度，但仍然符合设计要求。4）方向控制回路：控制执行元件的启动、停止或改变运动方向或控制液流通断或改变方向均需采用方向控制回路。实现方向控制的基本方法有：阀控主要是采用控制阀分配液流；泵控是采用双向定量泵或双向变量泵改变液流的方向和流量；执行元件控制是采用双向液压马达来改变液流方向。本设计中采用阀控。5.5 液压元件的选择5.5.1 液压泵的选择油泵作为液压系统的动力元件，是液压系统的心脏，它把原动机（电动机、柴油机等）输入的机械能（转矩和角速度）转换为液压能（压力

19、和流量）输出，为执行元件提供压力油。液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作特性和可靠性，在液压传动中占有及其重要的地位。液压泵按排量能否改变分为定量泵和变量泵；按进、出油口的方向是否可变分为单向泵和双向泵；按运动构件的形状和运动方式分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵。选用液压泵的原则和根据有： (1)是否要求变量：要求变量选用变量泵，其中单作用叶片泵的工作压力较低，仅适用于机床系统。 (2)工作压力：目前各类液压泵的额定压力都有所提高，但相对而言，柱塞泵的额定压力最高。 (3)工作环境：齿轮泵的抗污染能力最好，因此特别适于工作环境较差的场合。 (4)噪音指标：属于低噪音的液压泵有啮合齿轮泵、

20、双作用叶片泵和螺杆泵，后两种泵是瞬时理论流量均匀。 (5)效率：按结构形式分，轴向柱塞泵的总效率最高；而同一种结构的液压泵，排量大的总效率高；同一排量的液压泵，在额定工况（额定压力、额定转速、最大排量）时总效率最高，若工作压力低于额定压力或转速低于额定转速、排量小于最大排量，泵的总效率将下降，甚至下降很多。因此，液压泵应在额定工况（额定压力和额定转速）或接近额定工况是条件下工作。 目前在机械手上多数采用齿轮泵和叶片泵，而从流量特性来看，多数是采用定量泵。设计中采用PV2R双联叶片泵。已知系统压力为8MPa，选取PV2R12，查机械设计手册表20-5-33选取其前泵排量V1为33mL/r，后泵排

21、量V2为12mL/r，其允许最高转速1800r/min，最低转速750r/min。该泵使用普通液压油时前泵的最高使用压力为14MPa，后泵为16MPa，满足系统要求的8MPa。前泵的流量： （5.4）式中： 泵的排量（）；泵的额定转速（）。后泵的流量： （5.5）式中： 泵的排量（）；泵的额定转速（）。 5.5.2 液压泵所需电机功率的确定 （5.6）式中： 油泵所需要的电动机功率； 油泵的最大工作压力（）； 油泵最大流量（）； 油泵总效率，一般叶片泵0.750.85；齿轮泵0.60.8；柱塞泵0.750.9。前泵所需电机功率：kw 后泵所需电机功率：kw5.5.3 液压阀的选择液压阀的作用是

22、控制液压系统的油流方向、压力和流量，从而控制整个液压系统的全部功能，如系统的工作压力，执行机构的动作程序，工作部件的运动速度、方向，以及变换频率，输出力或力矩等等。液压阀的性能是否可靠，是关系到整个液压系统能否正常工作的问题。液压阀的分类有：1）压力控制阀：主要控制执行机构输出力或输出转矩的大小，并确定液压泵及整个液压系统的工作负载，在过载时起到保护系统的作用。2）流量控制阀：根据执行机构运动速度的要求供给所需流量。3）方向控制阀:控制油流的通、切断或改变油流的方向，以控制执行机构的运动方向等。三类阀还可以相互组合，成为复合阀，以减少管路的连接，式结构更为紧凑，提高系统效率。液压传动系统，选择

23、合适的液压阀，是使系统设计合理，性能优良，安装简便，维修容易，并保证该系统正常工作的重要条件。根据本液压的设计要求，液压阀的选择按定压力和额定流量大于系统最高工作压力和通过该阀的最大流量的原则。选择换向回路的核心是选择换向阀的形式，以实现对于换向精度及换向平稳性的要求。一般来说，换向性能要求高，应选用机动换向阀或液动换向阀，若对于换向性能无特别要求，应选用电磁阀。根据本设计液压系统要求，夹紧缸换向选用两位两通电磁阀，其他缸全部选用三位四通电磁换向阀。为防止俯仰缸因自重自由下滑和伸缩缸在仰起一定角度后的自由下滑，都采用单向顺序阀来平横。为保证夹紧缸夹持工件的可靠性，选用液控单向阀保压和锁紧。手臂

24、升降缸为立式液压缸，为支承平衡手臂运动部件的自重，采用了单向顺序阀的平衡回路。5.5.4 液压辅助元件的选择原则（1）蓄能器：蓄能器在液压系统中是用来储存、释放能量的装置。其可作为辅助液压源在短时间里提供一定数量的压力油，满足系统对速度、压力的要求。（2）滤油器：过滤器的功能是清除液压系统工作介质中固体污染物，使工作介质保持清洁，延长元器件的使用使用寿命、保证液压元件工作性能可靠。选择过滤器需考虑如下几点：1）根据使用目的选择过滤器的种类，根据安装位置情况选择过滤器的安装形式。2）过滤器应具有足够大的通油能力，并且压力损失要小。3）过滤精度应满足液压系统或元件所需的清洁度要求。4）滤芯使用的滤

25、材应满足所使用工作介质的要求，并且有足够的强度。5）过滤器的强度及压力损失是选择时需重点考虑的因素，安装过滤器后会对系统造成局部压降或产生背压。6）滤芯的更换及清洗应方便。7）应根据系统需要考虑选择合适的滤芯保护附件。8）结构应尽量简单、紧凑、安装形式合理。9）价格低廉。1）管道尺寸的确定1.管道内径计算： （5.7）式中： 通过管道内的流量（）； 管内允许流速（）；根据所得的内径尺寸，按下表标准系列选取相应的管子。 表5.3 软管内径尺寸系列2.53.256.381012.5161920（22）2531.538405051表5.4 硬管外径系列45681012（14）16（18）20（22）

26、25（28）32（34）38*40（42）502.管道壁厚计算： （5.8） 式中： 管道内最高工作压力（）； 管道内径（）； 管道材料的需用应力（），； 管道材料的抗拉强度（）； n安全系数，对钢管来说，p7MPa时，取n=8；p17.5MPa时，取n=4。管头连接螺纹根据油管外径选取。2）液压缸进出油口直径的确定缸的进出油口直径可用下式求得： （5.9）式中： q液压缸配管内的流量； v液压缸配管内液体的平均流量（一般取v=45m/s计算得出的数值并按液压的相关标准进行圆整，如表5.5所示：表5.5 各液压缸进出油口直径 进出油口直径液压缸（mm）俯仰摆动直线油缸M272手臂伸宿液压缸M3

27、32手指夹紧液压缸M2725.5.5 油箱容量的确定在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，邮箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。根据油箱容量的经验公式： （5.10）式中： 液压泵每分钟排除压力油的容积（m3）； 经验系数，见下表5.6。表5.6 经验系数a系统类型行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金系统a12245761210计算可得油箱容量： L选用规格为250L的油箱。5.5.6 液压原理图液压系统各执行机构的动作均由电控系统发信号控制相应的电磁换向阀或电液动换向阀，按程序依次步进动作，液压系统的工作顺序是由控制各个液压缸

28、换向阀的电磁铁的得失电来工作的。 液压工作的原理（如图5.1所示：）液压的系统由双联泵1、2为主要供油系统，液压油通过泵分别进入到手臂回转缸、手臂伸缩缸、手指加紧缸、手腕回转缸、定位缸。然后通过电磁铁的得断电对图中电磁阀进行控制，控制各个部分液压缸的工作，从而实现对手臂回转、手臂伸缩、手指加紧、手腕回转、定位。图中5、6、7、8、9为单向控制阀的作用是防止油液倒流，图中11、13、15、17、18、23、24为单向调速阀，主要作用是调节液压缸内油的流速，从而保证工作平稳进行。图5.1 液压原理图执行机构的定位和缓冲是机械手工作平稳可靠的关键。从提高生产率来说，希望机械手正常工作速度越快越好，但

29、工作速度越高，启动和停止时的惯性力矩就越大，这不仅会影响到机械手的定位精度，严重时还会损伤机件。因此为达到机械手的定位精度和运动平稳性的要求，一般在定位前要采取缓冲措施。 该机械手手指夹紧由压力传感器控制力度，保证工件不被抓伤也不会在搬运过程中掉落；手臂伸缩和手臂俯仰由行程开关适时发信号，提前切断油路滑行缓冲并定位；手臂回转、手腕回转由挡铁定位保证精度，端点到达前发信号切断油路。机械手控制的要素包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度和加减速度等，控制方式可分为点位控制和连续控制两种，目前以点位控制为主，占90%以上。本设计中机械手的控制可采用电气进行顺序点位控制。它把计算机的编程灵活、功能

30、齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、质量轻、耗电省等特点。为了增强机械手使用的灵活性，可将机械手的工作方式设置为手动和自动两种方式，其中自动方式又包括连续、单周期、单步这几种工作方式。5.6本章小结本章主要介绍机械手液压设计，包括选液压元件、液压马达、最重要的就是液压系统的控制原理图，根据原理图控制机械手的运动，将液压与机械的运动结合在一起。液压系统稳定，对机械手工作性能有很大的提高。使机械手在液压的驱动下平稳的运动。第6章 电气控制系统的设计6.1 电气控制的概述电气控制电路也称电器控制电路或继电接触控制电路，是指

31、由常用低压电器（控如制开关、按钮、限位开关、断路器、接触器、继电器等）组成的控制电路，属于开关量逻辑控制电路。电器控制电路具有电路简单、价格低廉、逻辑关系清便于维修、控制功率大等优点。即便在当前可编程控制器（PLC）应用十分广泛的情况下，也离不开这些常规的低压控制电器。可编程控制器沿袭和发展了电气控制电路的控制原理和方法，由于二者的控制方法和原理基本上是一致的，因此掌握好电气控制电路的控制原理是学习可编程控制器控制原理的基础。6.2 控制电路6.2.1 控制电路的组成电气控制电路根据逻辑关系可以分成3个组成部分。1输入元件、2中间逻辑元件、3输出元件。输入元件：控制电路的输入逻辑变量，用于对电

32、路的控制，可分为主令元件和检测元件。主令元件是人向控制电路发布控制指令的元件，如按钮、开关等。检测元件是电路和电气控制设备本身向控制电路发布控制指令的元件，用于对电路和电气控制设备的某些物理量（如行程距离、温度、转速、压力、电流等）的检测。常用的检测元件有行程开关、热继电器、电流继电器、速度继电器等。中间逻辑元件：控制电路的中间逻辑变量，用于对电路中变量的逻辑变换和记忆等作用，常用的中间逻辑元件有中间继电器、通用继电器、时间继电器及计数器等。输出执行元件：用于对电路控制结果的执行，是控制电路的输出逻辑变量。可分为有记忆功能和无记忆功能两种，有记忆功能的输出执行元件常用的有接触器、继电器等，无记

33、忆功能的输出执行元件常用的信号灯、报警器、电磁铁、电磁阀、电动机等。电气电路由主电路部分和控制电路部分组成。6.2.2 继电器的选择继电器的选择要注意4点：1按使用环境选型；2按输入信号不同选择继电器种类；3输入参量的选定；4根据负载情况选择继电器触点和种类。1使用环境条件主要指温度（最大与最小）、湿度（一般指40摄氏度下的最大相对湿度）、低气压（使用高度1000米以下可不考虑）、振动和冲击。此外，尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。由于材料和结构不同，继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高一级的条件选用。.

34、对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围，最好不要选用交流电激励的继电器。选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品。那些用固态器件或电路提供激励及对尖峰信号比较敏感地地方，也要选择有瞬态抑制电路的产品。2按输入信号是电、温度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继电器，这是没有问题的。这里特别说明电压、电流继电器的选用。若整机供给继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。3与用户密切相关的输入量是线圈工作电压（或电流），而吸合电压（或电流）则是继电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数。对用户来讲，它只是一个工作下极限参数值。控制安全系数是工作电

35、压（电流）/吸合电压（电流），如果在吸合值下使用继电器，是不可靠的、不安全的，环境温度升高或处于振动、冲击条件下，将使继电器工作不可靠。整机设计时，不能以空载电压作为继电器工作电压依据，而应将线圈接入作为负载来计算实际电压，特别是电源内阻大时更是如此。当用三极管作为开关元件控制线圈通断时，三极管必须处于开关状态，对6VDC以下工作电压的继电器来讲，还应扣除三极管饱和压降。当然，并非工作值加得愈高愈好，超过额定工作值太高会增加衔铁的冲击磨损，增加触点回跳次数，缩短电气寿命，一般，工作值为吸合值的1.5倍，工作值的误差一般为10%。4触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。常用的触点组合

36、形式见表6。动合触点组和转换触点组中的动合触点对，由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大，其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高，整机线路可通过对触点位置适当调整，尽量多用动合触点。6.2.3 接触器的选择接触器是一种用来接通或切断交，直流电路和控制电路的自动控制电器。接触器不仅可以接通和切断电路，还具有欠电压释放保护，零压保护。接触器是自动控制系统中应用最多的一种电器。 接触器是一种主触电常开，三极的，以空气作灭弧介质的电磁式交流接触器。当我们在选择接触器的时候，我们应该根据主触头的额定电压和额定电流以及接触器吸引线圈的电压来选择。接触器选择要点：1.主触头的

37、额定电压和额定电流。通常选择接触器触头的额定电压大于或等于负载回路的额定电压，主触头的额定电流不低于规定负载电路的额定电流，一般按1.3倍选择。2.接触器吸引线圈的电压。一般直接选用一相对地电压220V或直接选用380V。接触器的触头数量，种类应满足控制线路的要求。 接触器使用中注意的事项：安装时，接触器的地板应与地面垂直，倾斜度应小于5度。 2.励磁线圈电压应为85%105%.操作频率应在允许范围内。 3.铁芯上短路环应完好.铁芯、衔铁端面接触良好、无异物.触点表面接触良好，有一定的超程和耐压力。 4.接触器安装时，应注意孔的位置，以便于散热。6.2.4 断路器低压断路器是配电系统中主要的保

38、护电器之一，也是功能最完善的保护电器，其主要作用是作为短路、过载、接地故障、失压以及欠电压保护。根据不同需要，低压断路器可配备不同的继电器或脱扣器。脱扣器是低压断路器总体的一个组成部分，而继电器，则通过与低压断路器操作机构相连的欠电压脱扣器、分励脱器来控制低压断路器。低压断路器一般由脱扣器来完成其保护功能。6.3 电气系统的设计及原理控制方式为点位程序控制。程序设计采用开关预选方式，机械手的自动循环采用步进继电器控制。步进动作时由每一个动作完成后，使行程开关SQ的触点闭合而发出信号，或依据每一步的动作预设停留时间。发信指令完成由相应的中间继电器KA来实现，受发指令的完成方式为机械手相应动作结束

39、的同时使步进继电器再动作，复位指令完成是给相应的中间继电器通电，使机械手回到工作准备状态。机械手除能实现自动循环外，还设有调整电路，可通过手动按钮SB进行单个动作调试。液压泵的供油与卸载和每步动作之间的相应关系由控制电器保证。只有在KA2、KA 3、KA4、KA5、KA6、KA7、KA8、KA9、KA10等九个中间继电器全部不通电（所有液压缸不动作）时中间继电器12K才通电（即任一液压缸动作），12K则断电，小泵停止卸载；中间继电器KA2、KA3、KA5、KA6中任意一个通电（即手臂升降、手臂伸缩），大泵停止卸载。手臂定位与手臂回转由继电器互锁。在定位插销后，定位缸压力上升，压力继电器K升压发

40、令，一方面由常开触点接通手臂升降、手臂伸缩、手指松夹、手腕回转等部分的自动循环电气线路，另一方面由常闭触点断开手臂回转的电气线路。同时，在定位缸用电磁铁12YA的线圈两边串联有中间继电器KA9和KA10(手臂回转)的常闭触头和KA11（定位插销）的常开触头。这些互锁措施保证了任何情况下手臂回转只在拔定位销之后进行。因机械手工作环境存在金属粉尘，在电磁铁的线圈两边各串联了一个中间继电器的常开触头，用以保证继电器断电后常开触头可靠脱开，液压缸及时停止工作。6.4 电气系统的控制顺序本设计中电气控制原理（如图6.1）：主电路开关闭合接通电路，电路中FU熔断器串联在电路中起到保护电路的作用，FR热继电

41、器起到保护作用，主电路通过变压装置感应控制电路，同样控制电路中也有FU熔断器起到保护电路的作用，首先连接个电源信号灯，按下SB2按钮，KM得电，主电路通电带动电机。中间继电器KA2、KA3、KA5、KA6、KA4、KA7、KA8、KA9、KA10全不得电时中间继电器KA12才通电，使电磁铁1YA、2YA通电，两泵卸载。手臂升降控制：当KA2得电，3Y接通后得电，电磁铁3YA得电，电液换向阀右边接通，使手臂上升，当KA3得电，4Y接通后得电，电磁铁4YA得电，电液换向阀左边接通，使手臂下降。手臂伸缩控制：当KA5得电时，5Y接通后得电，电磁铁5YA得电，电液换向阀右面接通，使手臂向前伸展，当KA

42、6得电时，6Y接通后得电，电磁铁6YA得电，电液换向阀左面接通，使手臂向回收回，手臂旋转控制：当KA9得电时，7Y接通后得电，电磁铁7YA得电，电磁阀向右边接通，使手臂顺时针旋转，当KA10得电时，8Y接通后得电，电磁铁8YA得电，电磁阀向左边接通，使手臂逆时针旋转，手指夹紧控制：当KA4得电时，9Y接通后得电，电磁铁9YA 得电，电磁铁向右边接通，使机械手手指张开，不通电时手指由弹簧控制处于夹紧状态。手腕旋转控制：当KA7得电，10Y接通后得电，电磁铁10Y得电，电磁阀右边接通，使手腕顺时针旋转，当KA8得电，11Y接通后得电，电磁铁11Y得电，电磁阀左边接通，使手腕逆时针旋转。还可以通过调

43、整电路，将手动控制与自动控制相结合，通过整流电路连接至步进器，由步进器计数，每一个动作完成后，通过时间继电器延时一小段时间，再这段时间后，再进行下一步的工作，直到整个一个工作循环结束后。电路中有一个启动开关和一个急停按钮。液压缸伸缩的长短由行程开关SQ控制，中间继电器来控制电磁铁继而控制电磁阀，电路中中间继电器的输出电压应该与电磁铁电磁阀的工作电压相匹配，这样电路中的中间继电器才能控制电磁铁，保证电路的正常工作。手动控制由按钮来控制，按下按钮一步一步的按顺序的工作。手动或自动通过开关接通到不同的位置上。图6.1机械手电气控制图6.5 本章小结 本章主要介绍电气控制部分，电气控制液压系统中的电磁

44、换向阀，使机械手自动运动。实现机械手自动化生产，自动、手动都能顺利实现，加大了机械手的竞争力。电气控制主要介绍些基本元件，电气控制原理图，根据电气控制原理图一步一步实现机械手的自动化控制。结 论本文设计了一个程控型机器人代替人工工作，实现两条生产线之间曲轴的搬运。本次设计的主要任务是完成机械手结构方面以及其液压驱动系统方面的设计，主要工作包括：（1）通过查阅有关资料，简单介绍了国内外机器人（机械手）的历史及发展概况，介绍了目前机器人的几种分类形式，列举出了在生产、生活上和高科技领域中几种常见的机器人。（2）根据本课题的给定的依据，提出了采用四自由度关节型机械手的方案，经过分析和论证，证明了这种结构的可以满足工作要求。（3）对机械手的驱动